Restriktionsendonukleaser

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 25. marts 2020; checks kræver 6 redigeringer .

Restriktionsendonukleaser, restriktionsenzymer (fra latin  restrictio  - restriction) - en gruppe enzymer , der tilhører klassen af ​​hydrolaser, der katalyserer hydrolysereaktionen af ​​nukleinsyrer .

I modsætning til exonukleaser spalter restriktionsenzymer ikke nukleinsyrer fra enden af ​​molekylet, men i midten. Samtidig genkender hvert restriktionsenzym en bestemt DNA- sektion med en længde på fire basepar og spalter nukleotidkæden inde i eller uden for genkendelsesstedet.

Beskyttelse af bakteriegenomet mod dets eget restriktionsenzym udføres ved methylering af nukleotidresterne af adenin og cytosin (maskering) [1] .

Når restriktion udføres under suboptimale betingelser, udviser endonukleaser stjerneaktivitet (et fald i restriktionsspecificitet).

Klassifikation

Der er tre hovedtyper (eller klasser) af restriktionsenzymer , hvis genkendelsessteder kan være symmetriske ( palindromiske ) og asymmetriske [2] :

I 2007 var mere end tre tusinde restriktionsendonukleaser blevet isoleret. [3] Mere end seks hundrede restriktaser er kommercielt tilgængelige og bruges rutinemæssigt i laboratorier til DNA-modifikation og genteknologi . [4] [5] [6]

Isoschisomerer

Isoschizomerer er par af restriktionsendonukleaser, der har en specificitet til at genkende de samme sekvenser, men nogle gange adskiller sig i nærvær af methylerede nukleotidrester og skærer disse sekvenser de samme steder. For eksempel er restriktionsenzymerne Sph I (CGTAC^G) og Bbu I (CGTAC^G) isoschizomerer. Det første isolerede enzym til genkendelse og specifik skæring af en given sekvens kaldes en prototype , og alle andre lignende restriktionsenzymer kaldes isoskizomerer .

Isoschisomerer er isoleret fra forskellige bakteriestammer, og derfor kan forskellige isoschisomerer kræve forskellige reaktionsbetingelser .

Heteroskizomerer (neoskizomerer)

Et enzym , der genkender den samme sekvens, men skærer den anderledes, kaldes en heteroschizomer (neoschizomer) . Isoskizomerer er således et særligt tilfælde af heteroskizomerer. For eksempel er restriktionsenzymerne Sma I (GGG^CCC) og Xma I (G^GGCCC) heteroskizomerer, men ikke isoschizomerer for hinanden.

Isocaudomers

Restriktionsenzymer, der genkender helt forskellige sekvenser, men danner de samme ender, kaldes isocaudomerer .

Kunstige restriktionsenzymer

Inden for gensplejsning er kunstige restriktaser meget brugt, opnået ved fusion af zinkfingerens DNA-bindende domæne med nukleasens DNA-skærende domæne [7] [8] . Zinkfingerdomænet kan designes til at genkende og binde sig til en ønsket DNA-sekvens [9] . Et alternativ til zinkfingernukleaser er kunstige restriktionsenzymer TALEN opnået ved at fusionere det DNA-bindende domæne af TAL-effektoren med DNA-spaltningsdomænet [10] [11] [12] [13] .

RNA-guidede endonukleaser

For at redigere genomet i humane celler bruges også endonukleaser af CRISPR - Cas9 -systemet , som spalter visse DNA-sekvenser i "spidsen" af komplementært RNA [14] [15] [16] [17] [18] [19] . I modsætning til zinkfingre og TALEN kræver CRISPR-Cas-systemet til DNA-genkendelse kun oprettelsen af ​​en passende "guide" RNA-sekvens og ikke oprettelsen af ​​nye proteindomæner af enzymet, hvilket gør denne metode meget mere tilgængelig på grund af dens enkelhed og relativt lave omkostninger [20] [21] [22] [23] [24] .

Betydning

I praktisk molekylærbiologi bruges type II restriktionsenzymer oftest, hvor genkendelsesstedet i de fleste tilfælde er et palindrom . Alle type II-restriktaser er Mg2 + -afhængige.

Restriktionsenzymer er en del af et komplekst restriktionsmodifikationssystem, der bruges af bakterieceller til at regulere indholdet og aktiviteten af ​​DNA i cellen.

Opdagelsen af ​​restriktionsenzymer i 1970'erne , sammen med udviklingen af ​​DNA -sekventeringsmetoder , var den vigtigste drivkraft for udviklingen af ​​genteknologi .

I øjeblikket er restriktionsenzymer med forskellige genkendelsessteder det vigtigste værktøj til genetisk forskning og genteknologi .

Se også

Noter

  1. ↑ Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J. Molecular biology of the cell: in three volumes. - 2. - Moskva: Mir, 1994. - T. 1. - 517 s. — 10.000 eksemplarer.  — ISBN 5030019855 .
  2. ↑ Ayala F. D. Moderne genetik. 1987.
  3. ↑ Roberts RJ, Vincze T., Posfai J., Macelis D.  REBASE --enzymer og gener til DNA-restriktion og modifikation  // Nucleic Acids Res : journal. - 2007. - Bd. 35 , nr. Database problem . - P.D269-70 . doi : 10.1093 / nar/gkl891 . — PMID 17202163 .
  4. ↑ Primrose, Sandy B.; Gamle, RW Principper for genmanipulation: en introduktion til  genteknologi . - Oxford: Blackwell Scientific , 1994. - ISBN 0-632-03712-1 .
  5. ↑ Micklos, David A.; Bloom, Mark V.; Freyer, Greg A. Laboratorie-DNA-videnskab: en introduktion til rekombinante DNA-teknikker og metoder til  genomanalyse . — Menlo Park, Californien: Benjamin/Cummings Pub. Co, 1996. - ISBN 0-8053-3040-2 .
  6. ↑ Adrianne Massey; Helen Kreuzer. Rekombinant DNA og bioteknologi: En vejledning for  studerende . -Washington, DC: ASM Press, 2001. - ISBN 1-55581-176-0 .
  7. ↑ Carroll, D. (2011) Genomteknik med zink-finger-nukleaser. Genetics, 188(4), 773-782. doi : 10.1534/genetics.111.131433
  8. ↑ Fujii W, Kano K, Sugiura K, Naito K (2013) Gentagelig konstruktionsmetode for konstrueret zinkfingernuklease baseret på overlapsforlængelse PCR og TA-kloning. PLoS ONE 8(3): e59801. doi : 10.1371/journal.pone.0059801
  9. ↑ Zhu, C., Gupta, A., Hall, VL et al. & Wolfe, SA (2013). Brug af definerede finger-finger-grænseflader som samlingsenheder til konstruktion af zink-finger-nukleaser. Nucleinsyreforskning, 41(4), 2455-246541 doi : 10.1093/nar/gks1357 .
  10. ↑ Mussolino, C., & Cathomen, T. (2012). TALE-nukleaser: skræddersyet genomteknik gjort let. Current Opinion in Biotechnology, 23(5), 644-650 doi : 10.1016/j.copbio.2012.01.013
  11. ↑ Beumer, KJ, Trautman, JK, Christian, M., et al. & Carroll, D. (2013). Sammenligning af zinkfingernukleaser og transkriptionsaktivatorlignende effektornukleaser til genmålretning i Drosophila. G3: Gener| Genomer| Genetics, 3(10), 1717-1725 doi : 10.1534/g3.113.007260
  12. ↑ Sun, N., & Zhao, H. (2013). Transkriptionsaktivatorlignende effektornukleaser (TALENs): Et yderst effektivt og alsidigt værktøj til genomredigering. Biotechnology and bioengineering, 110(7), 1811-1821 doi : 10.1002/bit.24890
  13. ↑ Zhang Z, Zhang S, Huang X, Orwig KE, Sheng Y (2013) Hurtig samling af tilpassede TALENS til flere leveringssystemer. PLoS ONE 8(11): e80281. doi : 10.1371/journal.pone.0080281
  14. ↑ Cho, SW, Kim, S., Kim, JM, & Kim, JS (2013). Målrettet genomteknologi i humane celler med den Cas9 RNA-guidede endonuklease. Nature biotechnology, 31, 230-232. doi : 10.1038/nbt.2507
  15. ↑ Hsu, PD, Scott, DA, Weinstein, JA, et al. & Zhang, F. (2013) DNA-målrettet specificitet af RNA-guidede Cas9 nukleaser. Nature biotechnology, 31(9), 827-832. doi : 10.1038/nbt.2647
  16. ↑ Golic, KG (2013) RNA-Guided Nucleases: A New Era for Engineering the Genomes of Model and Nonmodel Organisms. Genetics, 195(2), 303-308. doi : 10.1534/genetics.113.155093
  17. ↑ Ran, F.A., Hsu, P.D., Wright, J., et al. & Zhang, F. (2013). Genom engineering ved hjælp af CRISPR-Cas9 systemet. Nature protocols, 8(11), 2281-2308 doi : 10.1038/nprot.2013.143
  18. ↑ Giedrius Gasiunas, Virginijus Siksnys (2013) RNA-afhængig DNA-endonuklease Cas9 fra CRISPR-systemet: Hellig gral af genomredigering? Arkiveret 5. december 2013 på Wayback Machine Trends in Microbiology, 21(11), 562-567, doi : 10.1016/j.tim.2013.09.001
  19. ↑ Luhan Yang, Prashant Mali, Caroline Kim-Kiselak og George Church (2014) CRISPR-Cas Mediated Targeted Genome Editing in Human Cells. I: Genkorrektion. Metoder og protokoller. Serie: Methods in Molecular Biology, Vol. 1114 Storici, Francesca (Ed.) ISBN 978-1-62703-760-0
  20. ↑ Uri Ben-David (2013) Flyder gennem CRISPR-CAScade: Vil genomredigering booste celleterapier? Arkiveret 17. november 2015 på Wayback Machine Molecular and Cellular Therapies 2013, 1:3 doi : 10.1186/ 2052-8426-1-3
  21. ↑ Neena K. Pyzocha, F. Ann Ran, Patrick D. Hsu og Feng Zhang (2014) RNA-Guided Genome Editing of Mammalian Cells. I: Genkorrektion. Metoder og protokoller. Serie: Methods in Molecular Biology, Vol. 1114 Storici, Francesca (Ed.) ISBN 978-1-62703-760-0
  22. ↑ Li, M., Suzuki, K., Kim, NY, Liu, GH, & Belmonte, JCI (2013). Et snit over resten: målrettede genomredigeringsteknologier i menneskelige pluripotente stamceller. Journal of Biological Chemistry, jbc-R113. doi : 10.1074/jbc.R113.488247
  23. ↑ Slaymaker, IM, Gao, L., Zetsche, B., Scott, DA, Yan, WX, & Zhang, F. Rationelt konstruerede Cas9-nukleaser med forbedret specificitet  //  Science : journal. - 2016. - Bd. 351 , nr. 6268 . - S. 84-88 . - doi : 10.1126/science.aad5227 .
  24. ↑ Kleinstiver BP, Pattanayak V., Prew MS, , & J. Keith Joung et al. High-fidelity CRISPR-Cas9 nukleaser uden påviselige genom-dækkende effekter uden for mål  (engelsk)  // Nature : journal. - 2016. - doi : 10.1038/nature16526 .
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Enzymer
Aktivitet
Regulering
Klassifikation
Typer